Cromatografía

Tipos de Cromatografía

Cromatografía de Adsorción

Fase estacionaria (FE): sólido sobre el que se adhieren los componentes de la muestra. Fase móvil (FM): líquida o gaseosa. Los componentes de la muestra se distribuyen entre las dos fases.

Cromatografía de Partición

FE: líquido que forma fina capa sobre sólido inerte. FM: líquida o gaseosa.

Cromatografía de Intercambio Iónico y Exclusión Molecular

En intercambio iónico, la FM es una resina de intercambio iónico. En exclusión molecular, las moléculas se separan en un tamiz según el tamaño.

Cromatografía Planar

Con fines identificativos, usa poca cantidad de muestra (papel y capa fina).

Cromatografía en Fase Gaseosa

Estudio de sustancias complejas con características volátiles. FM: fluido gaseoso (He, H₂, N₂ o CO₂, no debe interactuar con el relleno de la muestra). La muestra se siembra en el bloque de inyección en volúmenes chicos.

• Columna: Es de vidrio, separa componentes de la muestra. Columnas capilares de 1 mm de diámetro y cientos de metros de largo.
• Horno: Con temperatura programada, dentro se encuentra la columna.
• Detector: Detecta cada uno de los componentes de la muestra luego de ser separados en la columna. TR: tiempo que tarda en llegar cada componente desde el bloque hasta el detector.

• Detector de Conductividad Térmica: Se pasa el gas sobre un filamento de alambre calentado. El gas de transporte puro pasa por un filamento y el gas que contiene a la muestra por otro.
• Detector de Ionización de Llama: H₂ como combustible, aire como comburente. Al llegar el componente de la muestra se combustiona en la llama y genera el proceso de ionización.
• Detector de Captura de Electrones: Se basa en la emisión de una partícula β (electrón) por parte de átomos como el ⁶³Ni o tritio adsorbido sobre una placa de platino o titanio. Es sensible a la presencia de moléculas con grupos electronegativos (halógenos, peróxidos, quinonas) y grupos nitro, grupos que contienen átomos de halógeno (cloro, bromo, yodo), oxígeno y nitrógeno. Otros grupos como el alcohol, amina e hidrocarburos no dan señal. Se aplica en la detección de moléculas que contienen halógenos, principalmente cloro, como algunos insecticidas o bifenilos policlorados.

• Sistema de Registro:
  1. Mecánico: Se desplaza pliego de papel continuo a velocidad constante y sobre él una pluma. A medida que llegan las muestras se generará un pico cuyo ancho y alto dependen de la intensidad de la señal. DR: Distancia que hay desde la señal al inyectar la muestra. Área debajo de la curva del pico con fines identificativos.

Cromatografía de Líquido a Alta Presión

Se requiere alta presión para que las separaciones sean más rápidas y eficaces. Se los utiliza para la identificación de alcaloides (aspirina, morfina, heroína), perfumes, análisis de tintas, etc.

• Sistema de Bombeo: Produce las altas presiones que se requieren.
• Sistema de Inyección de la Muestra: La jeringa es de microlitros de capacidad. La descarga se realiza en el centro del empaque de la muestra.
• Columnas: Son tuberías rectas de acero inoxidable.
• Detectores: Tienen que tener alta sensibilidad, los más usados son afectados por la temperatura o de tipo UV.

Espectrometría

Espectrometría Molecular

Se dispersa la muestra en solución, absorbe radiación electromagnética. La cantidad absorbida está relacionada con la concentración de la sustancia que se desea analizar y la calidad con el tipo de molécula presente en la muestra.

• Espectro Electromagnético: La radiación electromagnética se la considera como energía radiante, se propaga en forma de onda transversal y vibra perpendicularmente a la dirección de la propagación.
• Ley de Plank: λ= C/ν. La radiación gamma y rayos x generan interacciones importantes con la materia. La UV va desde los 10 nm hasta los 380 nm, región de análisis entre los 200 a 380 (UV cercano), debajo de eso es el UV al vacío. Región visible desde 380 nm a 780 nm (región apreciada por el ojo humano, la luz aparece como color). Región IR desde 780 a 3000 nm.
• Procedimiento por los Cuales una Muestra Puede Absorber Radiación:
  • Transición Rotacional: Las moléculas giran y pueden absorber radiación y se elevan a un nivel superior de energía, pueden producirse a energías muy bajas.
  • Transición Vibracional: Los átomos vibran uno con respecto al otro, las moléculas pueden absorber energía, requieren energía más elevada.
  • Transición Electrónica: Requieren una cantidad alta de energía.
• Disolventes Utilizados: Son líquidos o gaseosos. En IR son sólidas, el vehículo es BrK o BrNa cristalizado. El disolvente no debe absorber en la región que se va a realizar la medición. En región visible y UV deben ser incoloras (agua) para sustancias orgánicas e inorgánicas. En el IR se usa el tetracloruro de carbono y disulfuro de carbono, no se usa vidrio porque absorbe la radiación por eso se usa el cristal de roca.
• Ley de Beer: Para expresar la cantidad de radiación absorbida A=a (absortividad específica / pendiente) b (espesor de la celda / ordenada al origen) c (concentración), se grafica absorbancia en función de la concentración y se obtiene una recta.
• Curva de Calibración: Consiste en medir la absorbancia de la muestra testigo en análisis en concentración conocida.
• Diagrama: Consta de:
  • Fuente: La radiación que proporciona debe ser fácilmente detectable en la región de longitud de onda que se va a operar. En el visible lámpara incandescente con filamento de tungsteno. En UV tubo de descarga de deuterio a alta presión, debe tener ventana de cuarzo. En el IR se usan radiadores incandescentes de Nerst, como no es conductor a temperatura ambiente se lo calienta.
  • Monocromadores: Consta de lentes para enfocar la radiación, rendija de entrada y salida para restringir la radiación indeseable y un medio dispersante para separar las longitudes de onda de la radiación policromática. Dos tipos:
    • Prismas: En visible puede ser de cristal, en UV de cuarzo o sílice fundido y en el IR halogenuros de tierras raras o metales alcalinos.
    • Redes de Difracción: Tiene líneas paralelas sobre una superficie pulida perfectamente (UV y visible entre 15000 y 20000 y el IR entre 1500 y 2500)
  • Celdas de Medición: Contiene a la muestra y debe ser transparente a la longitud de onda en que se va a realizar la medición. En visibles son de vidrio o cuarzo y en el UV se utiliza el cuarzo, el espesor de la celda es de 1 cm, en IR las celdas tienen ventanas de cristal de cloruro de sodio o BRK, el disolvente no debe atacar a las paredes de la celda.
  • Detectores: En visible o UV se usan fototubos, consta de cátodo y ánodo y entre ambos se emite un voltaje elevado. Cuando un fotón entra en la ventana del tubo y choca con el cátodo emite un electrón atraído por al ánodo y produce un flujo que puede ampliarse y medirse.
    • Fotomultiplicador: Son varios fototubos unidos entre sí, tiene una serie de electrodos cada uno tiene un potencial mayor al anterior. El electrón primario se emite desde el cátodo a causa de un fotón, se acelera hasta el próximo electrodo y se produce el desprendimiento de muchos electrones secundarios.

Espectroscopia Atómica de Emisión

Se utiliza para determinar componentes inorgánicos en diversos tipos de muestras. Para el análisis de muestras sólidas se la coloca pulverizada en un electrodo de grafito, se produce un arco de alto voltaje entre este y el electrodo. Se evapora la muestra y se forma vapor atómico de los elementos presentes. Se hace pasar la luz por una rejilla para separar las longitudes de onda. El detector es una película fotográfica, cuando se revelan las longitudes de onda aparecen como líneas oscuras. La intensidad de las líneas dependerán del tiempo de exposición, sensibilidad de la emulsión fotográfica, tamaño de los granos de la emulsión. La emulsión debe ser sensible a la longitud de ondas que se emitan.

• Espectrofotometría de Emisión de Llama: La llama producida por un combustible y un comburente es la energía de excitación. Se introduce la solución en forma de rocío fino en la llama, se evapora el disolvente y queda la sal deshidratada, la sal se disocia en átomos gaseosos en estado basal, algunos de estos absorben energía de la llama y pasan a un estado electrónico excitado, una vez que regresan a su estado basal, los átomos excitados emiten fotones de longitudes de onda características. La intensidad de la emisión es directamente proporcional a la concentración atómica del elemento de la sustancia que se analiza. Las llamas de gas metano solo pueden analizar Na, K, Li.
• Espectrofotometría de Absorción Atómica: La muestra es aspirada a la llama, y el elemento se convierte al estado de vapor atómico, se mide la cantidad de radiación de una fuente que es absorbida por los átomos.
  • Ley de Beer: La absorbancia es directamente proporcional a la longitud de la trayectoria de la llama y a la concentración al vapor atómico en la llama.
  • Aparatos: Se requiere:
    • Fuente: La lámpara de cátodo hueco emite longitud de onda monocromática, el cátodo hueco es cilíndrico y está constituido por el elemento que se va a analizar y un ánodo de tungsteno, se encuentran dentro de un tubo de vidrio que contiene una ventana de cuarzo y se encuentra relleno de argón o neón, se imprime un alto voltaje de los electrodos y los átomos de gas se ionizan en el ánodo, los iones positivos son acelerados hasta el cátodo negativo, cuando los elementos regresan al estado basal se emiten las líneas características del elemento.
    • Quemadores: Dos tipos:
      • Consumo Total: Toda la muestra llega a la llama, pueden producirse gotas grandes que no llegan a los desecadores e interfieren en la medición.
      • Cámara de Premezclado: Los gases del soporte y del combustible se mezclan en una cámara antes de entrar a la cabeza del quemador, las gotas grandes condensan y caen y las gotas pequeñas se mezclan con los gases y entran en la llama.
    • Horno de Grafito: Se colocan varios mililitros de muestra con una micropipeta dentro de un tubo de grafito de forma circular, se encuentra de tal manera que por el hueco que se forma pase la radiación electromagnética, inicialmente a la muestra se le evapora el solvente, se la calcina para eliminar los componentes orgánicos que puedan formar parte de la muestra, últimamente se lo atomiza térmicamente para producir una nube de vapor atómico, la altura del pico que se genera se la relaciona con la cantidad de metal evaporado.
    • Detectores: Los fotomultiplicadores miden la caída de energía de la radiación emitida por la fuente.

Espectrometría de Masa

Análisis por Activación Neutrónica

Se irradia la muestra inorgánica con alto flujo de neutrones. Cuando interactúa con los núcleos de los átomos presentes en la muestra se generan isótopos.

• Detector Multicanal: Se puede medir el nivel de energía de la radiación y la cantidad de emisiones en la unidad de tiempo. El isótopo se lo identifica cuantitativamente mediante el nivel energético y se miden en kilo electrón voltio.
• Fuente de Neutrones: Constituida por reactor nuclear, que contiene barras de óxido de uranio, de acuerdo del elemento que se quiera identificar va a ser el tiempo que se va a irradiar la muestra.
  • Sección Eficaz: Es el porcentaje de impactos efectivos.
  • Tiempo de Decaimiento: Tiempo que demora en caer a la mitad la actividad de una muestra. Las radiaciones gammas generadas son medidas con un detector multicanal (cristales de sodio con trazas de talio)